应用机械振动频响法诊断大型变压器绕组松问题分析

摘 要：应用机械振动法对大型变压器绕组松动情况进行检测，技术人员需要不断完善振动频响法测试系统，显著提高诊断效果的准确性。高灵敏度的的机械振动测试系统，需要技术人员对功率放大器和加速度传感器的工作效率进行提高，从而显著提升测试采集数据的丰富性，技术人员根据具体的采集数据形成评估意见。采用程控信号源和动态信号采集器对测试系统的数据波动情况进行记录，能够减少噪声干扰对于绕组松动诊断的影响。本文从机械振动频响法对于大型变压器诊断应用方法进行分析，提出几点有利于解决大型变压器绕组诊断难题的可行性建议。

关键词：机械振动；大型变压器；绕组松动；准确诊断

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.204

0 引言

采用振动频响的方法对大型变压器绕组松动问题进行检测，能够显著提升物理诊断法的准确性。振动频响的测试方法需要采用正确的试验接线方法，才能够保证测试的可靠性。采用笔记本计算机信号源控制软件，对诊断活动进行全程监测，进行分析软件的测试。其中，DH5920动态信号测试系统主要对电流、电压的变化情况进行记录，通过对基本数值的模块取样分析，技术人员能够对被测电压器在正常工作状态下的数据波动情况进行监测。

1 应用机械振动频响法诊断大型变压器绕组松的主要方法和特点介绍

1.1 机械振动频响法主要特点

使用机械振动频率响应法诊断大型变压器设备内部绕组松动问题，主要的检测方式是采用突然断电的方法，检查在电路中电流流量发生较大变化时，变压器绕组是否会出现不可逆性变形，乃至出现松动。电力工作人员采用多次拉闸断电，再将闸刀闭合保持电流通常的方式，检测此时的变压器绕组情况是否发生改变。通过综合分析机械振动活动中频率数据的变化情况，判断变压器内部的绕组结构是否发生损伤。机械振动频率响应法适合多种类型的现场应用情况，并且此种方法的可操作性比较强，测试结果的影响因素比较少。技术人员应该在电闸闭合和断开的变化活动中，精准捕捉监测数值的变化情况，确保机械振动监测活动能够获得更加丰富的数据，从而帮助工作人员作出更加准确的判断。频率响应法操作活动具体实行起来比较直观，并且检测的灵敏度整体较高，绕组端部变形较为灵敏，中部的局部变形不够灵敏，因此，在线检测人员应该加强对中部变形的数据采集，从而完善信息采集活动。

1.2 变压器绕组松的主要检测方法

不同的检测方式之间相比互有优劣。常用的大型变压器绕组松动问题检测方法有低电压短路抗组分析法、频率响应法、扫频阻抗法和振动带电检测法等等。在IEC/国家标准规定下的低电压短路阻抗检测法有一套完整的评测指标，而且技术比较成熟，获得的数值相对来说比较准确。频率响应法同样得到了国家IEC/国标的专业认证，是一种比较主流的变压器绕组松动的检测方法。但是，相比较这两种成熟的方法，扫频阻抗法和振动带电检测发在实际运用中，还存在许多需要完善的地方，一些细节处理不到位，导致其诊断数据波动情况比较明显。但是，这两种方法有值得借鉴的地方，技术人员需要认真对比各项技术，并且综合分析得到提高大型变压器绕组松动检测技术的有效方法。在夏季气温较高的用电高峰期，变压器承载的负荷压力比较大，变压器内部电压、电流过大时，会引发绕组和铁心构件剧烈震动。我们分析变压器在假定状态下的绕组和铁心振动情况，观察变压器的绕组变形情况 ，能够对变压器使用状态的安全性作出更加准确的评估。

2 应用机械振动频响法诊断大型变压器绕组松问题具体分析

2.1 数据读取流程分析

电力公司的技术人员首先要对电网中开关的连同和断开次数进行设计，检查TCP连接是否通畅，并且在连接处于通畅状态下，保证有效数据准确录入。

然后，对弱信号检测过程中的通信输出模式进行检测，采用实时数据分析的方法，对状态栏数据波动的情况进行监测。在电子显示屏中，电力技术人员应该对电网故障中显示子程序和键盘中断子程序的运行状态进行分析，将穿行通讯中断子程的流程现象进行记录。将记录下来的变压器相I/O模块数据流通过TCP传输方式，在计算机终端窗口显示出来。机械振动频响检测方法，主要是采用通断分析电流变化的方法，对数据进行分析。因此，技术人员应该认真工作，显著提升数据预处理的效率。

2.2 电容量程变化分析

将变压器的状态切换到量程“1”的标称状态，并且，启动CS546A。在CS5460A单次转换中，确认变压器的单程检测是否完成，同时，判定测量值是否低于100A.当我们切换到量程2，并且启动CS546A时，检查电力变压器的中的CS5460A单次转换是否完成。并且将搜集得来的数据存储下来，采用反复对比分析的方法，对变压器绕组松的情况进行记录。不同标准压紧力条件下变压器绕组反馈的谱峰频率是不同的。。在基本检测活动中，技术人员应该做好数据采集工作，以丰富的信息资料库来指导于开关零件的检测活动。在数据采集过程中，利用传感器和A/D零件实现数据传输，采用人工智能技术和信号处理技术，进行故障检测与诊断操作。在电力变压器绕组松动参考模型建立与特征提取活动中，实现模式识别与分类处理，同时根据状态评估的准确数据实现辅助决策。

2.3 标准压紧力对变压器绕组影响

变压器绕组处于完全的压紧状态时，其标准压紧力为100%。不同电流下共振谱峰频率范围处于821HZ-902HZ之间的范围中波动，此时的共振频段中心频率为861HZ。

有时候变压器绕组并非是处于完全的压紧状态时，仍然呈现出不明显的松动反应，其标准压紧力为75%时。此时，监测对应下的不同电流下共振谱峰频率范围处于765HZ-817HZ之间的范围中波动，此时的共振频段中心频率为792HZ。我们发现此时的共振频谱波动的幅度比完全压紧状态下的幅度要小。变压器绕组处于半压紧状态时，其标准压紧力一般为50%。在测验过程中，不同电流下共振谱峰频率范围处于203HZ-311HZ之间的范围中波动，此时的共振频段中心频率为239HZ。变压器绕组处于相当明显的松动状态时，其标准压紧力仅仅为25%左右（或低于25%）。监测电流下共振谱峰频率范围处于48HZ-193HZ之间的范围中波动，此时的共振频段中心频率为112HZ。振动传感器主要功能是对测试信号进行读译，采用激励变压器和功率放大器配合作业的方式，能够显著降低变压器正常运转活动中噪音信号对于数据读取的影响。

2.4 不同电压下短路阻抗测试

采用短路阻抗测试分析的方法，能够对高压、中压、低压等不同压力状态下的变压器初值差进行精准采集，从而对变压器绕组情况进行准确评估。分析机械振动频响数据监测的相关数据R，与变压器绕组变形之间的对应情况，能够准确判断绕组和铁心的变形状态。

其中，当变压器绕组和铁心构件的变形程度为严重变形，其曲线低频段的相关系数为Rlf小于0.6.绕组和铁心处于明显变形状态时，其波动曲线在低频段（1-100HZ）的相关系数为Rlf大于0.6，但是总值大于1.0的水平。或者波动曲线在中频段（100-600kHZ）小于0.6的水平。.绕组和铁心处于比较轻微的变形状态时，其波动曲线在低频段）的相关系数为Rlf大于1.0，但是总值大于2.0的水平。或者，波动曲线在中频段（100-600kHZ）大于0.6但是小于1.0的水平.我们分析正常绕组状态下的变压器铁心构件，发现波动曲线在低频段的相关系数始终大于2.0或者波动曲线在中频段时始终大于1.0，或者在高频段始终大于0.6.综合分析变压器绕组数据和变形程度的相关系数，我们能够准确把握等效电路中电容和电感对于变压器绕组的冲击情况。

2.5 不同频段划分的绕组检测

根据不同频段的变形程度划分变压器损伤等级，电力变压器技术人员应该根据不同频段相关系数的判定，对大型变压器绕组与铁心构件的稳定性进行评估，严格防止绕组构件出现跳脱现象。被试绕组为高压-中压的电压波动幅度，短路阻抗测试的连接方式为高压第十档的档位，将短路档位控制在中压第三档的档位。此时的测试结果为测试值10.15%，铭牌值为10.1%，长短阻抗测试的初值差为0.50%，此时的变压器绕组松动情况良好。被试绕组为高压-低压的电压波动幅度，短路阻抗测试的连接方式为高压第十档的档位，将短路档位设定为低压的档位水平。此时的测试结果为测试值18.14%，铭牌值为17.7%，长短阻抗测试的初值差为2.49%，此时的变压器绕组松动情况为不良好。在50HZ阻抗值水平下进行振动频响的绕组松动测试，考察变压器在不同连接方式之下的相间偏差情况。其中，被试绕组为高压-中压的水平，此时的短路条件下连接方式为中压第一档的测量档位。

2.6 绕组波动相间偏差检测

我们分析测试结果发现，此时的相间偏差比较低为1.70%。A相为9.58%，B相为9.42%，C相为9.46%。由于现实用电环境的显示，我们暂不考虑低压-中压获取50HZ阻抗值。考察变压器在不同连接方式之下的相间偏差情况，被试绕组为高压-低压的水平，此时的短路条件下连接方式为低压的测量档位。不同压力状态下的变压器绕组方式和等效电路模型是不同的，其中，低压状态下的寄生电阻和寄生电感受到主线路电流波动的影响最大。电力技术人员需要认真分析饼间电导和饼间电容之间的偏差情况，并且根据激励信号源的数据放大统计，对信号源阻抗情况和匹配阻抗情况进行区分，从而找准不同电压变化环境中的相间偏差情况。我们分析测试结果发现，此时的相间偏差比较高为2.28%。A相为17.52%，B相为17.13%，C相为17.40%。考察变压器在不同连接方式之下的相间偏差情况。其中，被试绕组为中压-低压的水平，此时的短路条件下连接方式为中压第一档的测量档位。我们分析测试结果发现，此时的相间偏差相当高为7.15%。A相为6.37%，B相为6.15%，C相为6.59%。

2.7 图块频点法绕组松动诊断

采用图块频点法进行诊断流程优化，电力变压器检测人员需要比较事前和事后两条频率响应数据曲线，根据提取的二值化图像，大型变压器内部的绕组和铁心构建的具体情况一目了然。提取二值化图像，能够发现变压器绕组铁心构件是否出现腐蚀情况。首先要提取幅值差异较大的图块，从这些图块中提取两曲线所有的极值点。根据极值点的阀值提取出有效的极值点，并且将其放入数据库中，根据提取出来的有效极值点进行分类。技术人员应该从提取中幅值差异较大图块的频段进行放大分析，在放大分析之后按照不同数据采集点位的不同，提取出有价值的不匹配极值点。变压器绕组和铁心构建的移位、鼓包、匝间短路和构件变形，都可以通过较大图块提取和放大找到问题所在。电力变压器技术人员应该根据不匹配极值点的数量和类型，认真计算图块频点的参数，并且参照不匹配极值的分析表格，得出变压器设备参照判断的依据，从而得出最终的诊断结论。

3 多次试验对比分析影响机械振动频响诊断法准确性的因素

我们对影响机械振动频响法测试准确性的因素进行分析，采用阻抗法对变压器进行不同相电抗值进行测试，在短路分析判断中，对于不同相位的电抗值变化情况进行记录和比较。A相在短路实验进行之前的电抗值为46.94欧姆，，第一次冲击试验之后电抗值为47.01，偏差值为0.15%。

第二次冲击试验之后电抗值为47.01，偏差为0.15%，第三次冲击试验之后电抗值为47.01，偏差值为0.15%。我们可以判定A相的偏差值比较稳定。在机械振动短路试验中，B相在短路实验进行之前的电抗值为37.08欧姆，第一次冲击试验之后电抗值为37.09，偏差值为0.03%。第二次冲击试验之后电抗值为37.09，偏差值为0.03%。第三次冲击试验之后电抗值为37.09，偏差值为0.03%我们可以判定B相的偏差值比较稳定，并且稳定为0.03%。C相在短路实验进行之前的电抗值为28.8欧姆，第一次冲击试验之后电抗值为28.79，偏差值为-0.03%。第二次冲击试验之后电抗值为28.67，偏差值为-0.45%。第三次冲击试验之后电抗值为28.56，偏差值为-0.83%我们可以判定C相的偏差值呈现出较为明显的波动情况，并且波动值由-0.03%到-0.83%。此种机械振动分析的方法，其实是通过对比分析前后两次数值变化的情况判定变压器绕组松动情况的，电力工作人员现将未进行冲击之前测得的电抗值填入表格，然后根据冲击之后测试得到的电抗值数据变化情况进行分析，将其带入到两次检测的表格中，根据数据的波动情况检测变压器绕组有无出现损毁，这种检测方式具有一定的客观性和科学性。采用收集多个点位进行数据监测的方法，能够显著把握不同相之间电压、电流的波动情况，不仅能够检测整个变压器系统绕组结构的松紧程度情况，还能够迅速找出已经受到电流冲击损伤的变压器伤口。

4 结束语

从整体来说，机械振动频响检测法可操作性比较强，但是它需要对各种数据进行深入分析，综合各方面的数据调查情况，才能够得出最终的判断结果。因此，频率响应测试法需要具备丰富经验的专人人员才能够作出准确判断。技术人员需要根据检测的信息量进行综合分析，然后排除影响测试结果的不良因素，利用丰富的指标参量进行绕组变形方式的相关判断。并且，振动频响检测还需要通过现场应用验证指标和历史验证记录对比，才能够最终体现准确性。

参考文献：

[1]傅坚，邵宇鹰.用机械振动频响法诊断大型变压器绕组松动[J].华东电力，2006，34（04）：28-130.

[2]傅坚.用机械振动频响法诊断大型变压器绕组松动的试验[C].//上海市电机工程学会上海市电工技术学会2006年学术年会论文集，2006：171-172.

[3]徐剑，邵宇鹰，金之俭等.基于振动频响法的变压器绕组变形检测[J].噪声与振动控制，2009，29（06）：216-129.

[4]王涛云，马宏忠，姜宁等.基于空载合闸振动售号的变压器绕组松动诊断[J].中国电力，2016，49（05）：139-143.

[5]陆瑾.应用机械振动法对变压器绕组状态进行在线测试的研究[D].上海交通大学，2008.

[6]吴书有.基于振动信号分析方法的电力变压器状态监测与故障诊断研究[D].中国科学技术大学，2009.

[7]洪刚.基于振动法的变压器绕组及铁心状态监测与故障诊断方法研究[D].西安理工大学，2010，19（25）：139-143.

[8]苏冬和.110 kV变电站高压侧套管末屏绝缘电阻低缺陷原因分析[J].农村电气化，2016，（5）：131-132.

[9]梁贵书，张喜乐，王晓晖等.特快速暂态过电压下变压器绕组高频电路模型的研究[J].中国电机工程学报，2006，26（04）：144-148.

[10]周求宽，王丰华，万军彪等.应用优化限制带宽经验模态分解法识别电力变压器绕组模态参数[J].振动与冲击，2014（13）：169-175.